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Guias e Dicas
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Medindo a Energia Irradiada pelo Sol com uma Lata de Cerveja, Notas de aula de Energia

Um experimento simples para medir a energia irradiada pelo sol por unidade de tempo, ou seja, a potência irradiada, usando uma lata de cerveja, água e um termômetro. A teoria por trás do experimento é explicada, incluindo como calcular a energia total do sol usando uma regra de três e a equação da área da esfera atravessada pela energia irradiada pelo sol. O procedimento passo a passo do experimento também é fornecido.

O que você vai aprender

  • Como funciona o experimento para medir a energia irradiada pelo Sol?
  • Como calcular a área da esfera atravessada pela energia irradiada pelo Sol?
  • Qual é a teoria por trás do cálculo da energia total do Sol usando uma regra de três?

Tipologia: Notas de aula

2022

Compartilhado em 07/11/2022

Pernambuco
Pernambuco 🇧🇷

4.2

(45)

225 documentos

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NOME _________________________________
ESCOLA________________________________
EQUIPE _____________SÉRIE_____________
PERÍODO ___________DATA _____________
OBJETIVO
Medir a energia irradiada pelo Sol por unidade de tempo, ou seja a potência irradiada.
INTRODUÇÃO
O Sol é a fonte original de toda a energia que move algo na Terra (com exceção da energia
nuclear). Seu valor é altíssimo, assim como é muito alta a temperatura na superfície do Sol. Pode
parecer temerário querer determinar o valor desta energia usando apenas uma lata de cerveja
vazia, um termômetro e como único recurso matemático a regra de três. No entanto nós faremos
exatamente isso.
Por maior que seja o valor da energia que o Sol emite, esta energia se espalha pelo espaço, e a
energia que chega em uma determinada área muito distante do Sol será cada vez menor, e fácil
de ser medida. Nossa “sonda espacial” será uma lata de cerveja cheia d'água aqui na Terra. Por
menor que esta lata seja, a superfície que ela expõe ao Sol é uma parte minúscula de uma esfera
imensa ao redor do Sol e pela qual toda a energia que o Sol emite deve forçosamente passar. É a
esfera ao redor do Sol que contém a órbita terrestre. Em outras palavras, se soubermos a energia
que passa pela face da lata exposta ao Sol e soubermos a fração da superfície da esfera que esta
área representa, podemos determinar a energia que passa por toda a esfera e que é a energia
que o Sol emite, usando uma simples regra de três.
O Sol tem forma esférica sendo a energia pelo Sol irradiada igualmente em todas as direções, tal
que esta energia é propagada em forma esférica (fig 6.1). A área da esfera que é atravessada
pela energia irradiada pelo Sol é:
A = 4
π
R2 (6.1)
Considerando esta energia irradiada pelo Sol incidindo na superfície da Terra, temos que R é a
distância do Sol a Terra (fig. 6.2), cujo valor aproximado é: R = 150 000 000 km
Figura 6.1 - Energia irradiada pelo Sol em forma
esférica
Figura 6.2- Esfera que a energia total irradiada pelo
Sol atravessa ao atingir a superfície da Terra.
FÍSICA
CALORIMETRIA
6. Energia irradiada pelo Sol
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NOME _________________________________

ESCOLA________________________________

EQUIPE _____________SÉRIE_____________

PERÍODO ___________DATA _____________

OBJETIVO

  • Medir a energia irradiada pelo Sol por unidade de tempo, ou seja a potência irradiada.

INTRODUÇÃO

O Sol é a fonte original de toda a energia que move algo na Terra (com exceção da energia nuclear). Seu valor é altíssimo, assim como é muito alta a temperatura na superfície do Sol. Pode parecer temerário querer determinar o valor desta energia usando apenas uma lata de cerveja vazia, um termômetro e como único recurso matemático a regra de três. No entanto nós faremos exatamente isso.

Por maior que seja o valor da energia que o Sol emite, esta energia se espalha pelo espaço, e a energia que chega em uma determinada área muito distante do Sol será cada vez menor, e fácil de ser medida. Nossa “sonda espacial” será uma lata de cerveja cheia d'água aqui na Terra. Por menor que esta lata seja, a superfície que ela expõe ao Sol é uma parte minúscula de uma esfera imensa ao redor do Sol e pela qual toda a energia que o Sol emite deve forçosamente passar. É a esfera ao redor do Sol que contém a órbita terrestre. Em outras palavras, se soubermos a energia que passa pela face da lata exposta ao Sol e soubermos a fração da superfície da esfera que esta área representa, podemos determinar a energia que passa por toda a esfera e que é a energia que o Sol emite, usando uma simples regra de três.

O Sol tem forma esférica sendo a energia pelo Sol irradiada igualmente em todas as direções, tal que esta energia é propagada em forma esférica (fig 6.1). A área da esfera que é atravessada pela energia irradiada pelo Sol é:

A = 4 π R^2 (6.1)

Considerando esta energia irradiada pelo Sol incidindo na superfície da Terra, temos que R é a distância do Sol a Terra (fig. 6.2), cujo valor aproximado é: R = 150 000 000 km

Figura 6.1 - Energia irradiada pelo Sol em forma esférica

Figura 6.2- Esfera que a energia total irradiada pelo Sol atravessa ao atingir a superfície da Terra.

FÍSICA

CALORIMETRIA

6. Energia irradiada pelo Sol

No nosso experimento esta energia total irradiada pelo Sol estará incidindo sobre um corpo negro, que no nosso caso é uma lata de alumínio contendo água, revestida com tinta preta fosca. Corpo negro é o corpo que absorve toda a energia radiante que incide nele. Mede-se a energia irradiada na lata por unidade de tempo. A seguir calcula-se a energia total do Sol Etotal por unidade de tempo aplicando uma regra de três entre a área A da lata (fig. 6.4) e a área da esfera Atotal da fig. 6.2.

Etotal / ∆ t → A total

E/ ∆ t → A

Obtendo: Etotal / ∆ t = (E/ ∆ t) (A (^) total/ A) (6.2)

Onde: E → energia transmitida para a água em joules

A total → área da esfera que contém a energia do Sol irradiada pelo Sol

A → área da secção longitudinal da lata

Como a razão entre a energia e o tempo é a potência, podemos reescrever a expressão 6.2 como:

P (^) total = P (A (^) total/A) (6.3)

MATERIAL

  • Lata cilíndrica de metal (de bebida) de 350 mL com a superfície lateral pintada com tinta preta fosca.
  • Termômetro (-10^0 C - 110^0 C)
  • Proveta (100 mL)

PROCEDIMENTO

  • Coloque 250 mL de água na lata e meça a temperatura inicial (Ti)
  • Exponha a lata ao Sol em uma posição que achar conveniente, tal que a sombra da lata seja reduzida a um retângulo fazendo com que os raios solares atinjam a superfície lateral da lata (fig. 6.3). Este procedimento faz com que a energia solar irradiada, seja absorvida pela água, correspondente ao retângulo projetado (fig. 6.3).

Figura 6.3 - Modo de exposição da lata Figura 6.4- Medida da área longitudinal (A) da lata

  • Permaneça com a lata no Sol durante 3 a 5 minutos. Durante a exposição agite a lata para tornar mais homogênea a temperatura da água.
  • Meça a temperatura final (Tf) após este tempo de exposição e anote este tempo.
  • Meça o diâmetro (D) e o comprimento da lata (h) para calcular a área longitudinal da lata (A) (figura 6.4).

DETERMINE

  • A quantidade de calor, Q = m cágua ∆ T recebida pela água durante o tempo de exposição no Sol, considerando cágua = 1,0 cal/g oC. Não será considerado o calor recebido pela lata porque a massa da lata é pequena em relação à massa de água e o calor específico da lata também pequeno em relação com o da água.